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1簡介

諧波齒輪減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，諧波齒輪減速機(jī)是齒輪減速機(jī)中的一種新型傳動結(jié)構(gòu)，它是利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運(yùn)動。這種傳動與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn)，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。

2傳動方法

同行星齒輪傳動一樣，諧波齒輪傳動也是由三個基本構(gòu)件所組成：固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪（即其基體與從動軸相連的彈性薄壁套杯“在柔輪開端的母線上做出齒圈”）和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器。在剛輪和柔輪上切出模數(shù)相同的輪齒，但齒數(shù)不同，即柔輪的齒數(shù)比剛輪的齒數(shù)少兩個。諧波傳動的齒數(shù)差表征柔輪的變形波數(shù)。常見的是波數(shù)w-2的諧波傳動。在自由狀態(tài)（無發(fā)生器）下，兩輪處于同心位置，而剛輪和柔輪的各齒間隙均勻。裝在柔輪內(nèi)的發(fā)生器使柔輪發(fā)生徑向變形而成為橢圓形。

這時，在橢圓的長軸上，齒沿整個工作高度嚙合，而在短軸上，齒頂之間形成了徑向間隙。在發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)過程中，柔輪的形狀始終接近于上述的形狀。

3組成結(jié)構(gòu)

諧波齒輪減速機(jī)由剛輪、柔輪、和波發(fā)生器三個主要構(gòu)件組成。其中，波發(fā)生器是主動件，剛輪和柔輪之一為從動件。固定剛輪是一個剛性的內(nèi)齒輪，柔輪是一個容易變形的薄壁圓筒外齒輪，它們一同具有三角形（或漸開線）的齒形，且兩者的周節(jié)相等，但剛輪比柔輪多幾個齒（通常為兩齒）。波發(fā)生器由一個橢圓盤和一個柔性球軸承組成，或者由一個兩端均帶有滾子的轉(zhuǎn)臂組成。通常波發(fā)生器為原動體，柔輪和剛輪之一為從動體，另一個為固定件。 [1] 

4工作原理

在未裝配前，柔輪及其內(nèi)孔呈圓形，當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)孔后，由于波發(fā)生器的長度略大于柔輪的內(nèi)孔直徑，柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長軸方向與固定的剛輪*嚙合，在短軸方向*分離，其余各處的齒視柔輪回轉(zhuǎn)位置的不同，或者處于“嚙入”狀態(tài)，或者處于“嚙出”狀態(tài)。由于剛輪固定，波發(fā)生器逆時針轉(zhuǎn)動時，柔輪作順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時，柔輪長軸和短軸及“嚙入”、“嚙出”的位置隨之不斷變化，柔輪齒由嚙入轉(zhuǎn)向嚙出，又嚙合轉(zhuǎn)向嚙出，由嚙出轉(zhuǎn)向脫開，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開、嚙入、嚙合……往復(fù)循環(huán)，迫使柔輪連續(xù)轉(zhuǎn)動。

柔輪隨著波發(fā)生器轉(zhuǎn)動過程中，其中一個齒從與剛輪的一個齒嚙合到再一次與剛輪上的這個齒相嚙合時，柔輪恰好旋轉(zhuǎn)一周，而此時波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)了很多圈，波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與柔輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)（1圈）之比，即為諧波齒輪減速器的減速比，故其減速比很大。在整個運(yùn)動過程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開圖上是連續(xù)的簡諧波形，因此，這一傳動稱之為諧波齒輪傳動。

諧波齒輪減速器按其機(jī)械波數(shù)目的多少可分為：單波、雙波及三波，其中常用的是雙波傳達(dá)。在諧波傳動中，剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于機(jī)械波數(shù)的整數(shù)倍，通常取其等于波數(shù)。

5優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、傳動速比大。單級諧波齒輪傳動速比范圍為70~320，在某些裝置中可達(dá)到1000，多級傳動速比可達(dá)30000以上。它不僅可用于減速，也可用于增速的場合。

2、承載能力高。這是因?yàn)橹C波齒輪傳動中同時嚙合的齒數(shù)多，雙波傳動同時嚙合的齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30%以上，而且柔輪采用了高強(qiáng)度材料，齒與齒之間是面接觸。

3、傳動精度高。這是因?yàn)橹C波齒輪傳動中同時嚙合的齒數(shù)多，誤差平均化，即多齒嚙合對誤差有相互補(bǔ)償作用，故傳動精度高。在齒輪精度等級相同的情況下，傳動誤差只有普通圓柱齒輪傳動的1/4左右。同時可采用微量改變波發(fā)生器的半徑來增加柔輪的變形使齒隙很小，甚至能做到無側(cè)隙嚙合，故諧波齒輪減速機(jī)傳動空程小，適用于反向轉(zhuǎn)動。

4、傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)。由于柔輪輪齒在傳動過程中作均勻的徑向移動，因此，即使輸入速度很高，輪齒的相對滑移速度仍是極低（故為普通漸開線齒輪傳動的百分之—），所以，輪齒磨損小，效率高（可達(dá)69%~96%）。又由于嚙入和嚙出時，齒輪的兩側(cè)都參加工作，因而無沖擊現(xiàn)象，運(yùn)動平穩(wěn)。

5、結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)少、安裝方便。僅有三個基本構(gòu)件，且輸入與輸出軸同軸線，所以結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。

6、體積小、重量輕。與一般減速機(jī)比較，輸出力矩相同時，諧波齒輪減速機(jī)的體積可減小2/3，重量可減輕1/2。

7、可向密閉空間傳遞運(yùn)動。利用柔輪的柔性特點(diǎn)，輪傳動的這一可貴優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有其他傳動*的。 [2] 

缺點(diǎn)

1、柔輪周期性地發(fā)生變形，因而產(chǎn)生交變應(yīng)力，使之易于產(chǎn)生疲勞破壞。

2、轉(zhuǎn)動慣量和起動力矩大，不宜用于小功率的跟蹤傳動。

3、不能用于傳動速比小于35的場合。

4、采用滾子波發(fā)生器（自由變形波）的諧波傳動，其瞬時傳動比不是常數(shù)。

5、散熱條件差。

6應(yīng)用場合

諧波齒輪減速機(jī)在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機(jī)械、常用軍械、機(jī)床、儀表、電子設(shè)備、礦山冶金、交通運(yùn)輸、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及醫(yī)療器械等方面得到日益廣泛的應(yīng)用，特別是在高動態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動更顯示出其*性。它傳遞的功率從幾十瓦到幾十千瓦，但大功率的諧波齒輪傳動多用于短期工作場合。